高考物理 专题十三 热学课件.pptVIP

知识点一分子动理论1 物体是由大量分子组成的 1 分子很小 直径数量级为 m 质量数量级为 kg 2 分子数目特别大 阿伏加德罗常数na mol 1 10 1 10 26 10 27 6 02 1023 2 分子的热运动 1 布朗运动 永不停息 运动 颗粒越小 运动越 温度越高 运动越 运动轨迹不确定 只能用不同时刻的位置连线确定 做无规则运动 不能直接观察分子的无规则运动 而是用悬浮的 的无规则运动来反映液体分子的无规则运动 2 热运动 物体分子永不停息地 运动 这种运动跟温度 选填 有关 或 无关 无规则 明显 激烈 微粒 固体小颗粒 无规则 有关 3 分子间的相互作用力 1 引力和斥力同时存在 都随分子间距离的增大而 随分子间距离的减小而 比引力变化更快 2 分子力的特点 r r0时 r0的数量级为10 10m f引 f斥 分子力f 0 rr0时 f引 f斥 分子力f表现为 r 10r0时 f引 f斥迅速减为零 分子力f 3 分子力随分子间距离的变化图象如图所示 减小 增大 斥力 斥力 引力 0 易错防范 1 布朗运动就是液体分子的运动 2 布朗运动是固体小颗粒中固体分子的运动 3 分子间同时存在引力与斥力 分子力是二者合力的表现 知识点二温度是分子平均动能的标志内能1 温度一切达到 的系统都具有相同的温度 2 两种温标摄氏温标和热力学温标 关系 t k 3 分子的动能 1 分子动能是 所具有的动能 2 分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值 是分子热运动的平均动能的标志 3 分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的 热平衡 t 273 15 分子热运动 温度 总和 4 分子的势能 1 意义 由于分子间存在着引力和斥力 所以分子具有由它们的 决定的能 2 分子势能的决定因素 微观上 决定于 和分子排列情况 宏观上 决定于 和状态 5 物体的内能 1 等于物体中所有分子的热运动 与分子 的总和 是状态量 2 对于给定的物体 其内能大小由物体的 和 决定 3 物体的内能与物体的位置高低 运动速度大小 选填 有关 或 无关 相对位置 分子间距 体积 动能 势能 温度 体积 无关 易错防范 1 温度是分子平均动能的标志 2 温度 分子动能 分子势能或内能只对大量分子才有意义 3 任何物体都有内能 4 体积增大分子势能一定增大 5 当分子力表现为引力时 分子势能随分子间距离的增大而增大 6 内能相同的物体 它们的分子平均动能一定相同 知识点三热力学第一定律1 改变物体内能的两种方式 1 2 热传递 2 热力学第一定律 1 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的 与外界对它所做的功的和 2 表达式 u 3 u 中正 负号法则 做功 热量 q w q w 吸收 增加 放出 减少 4 u q w的三种特殊情况 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体 的增加 若过程是等容的 即w 0 q u 物体吸收的热量等于物体 的增加 若过程是等温的 即 u 0 则w q 0或w q 做的功等于物体放出的热量 内能 内能 外界对物体 知识点四能量守恒定律1 内容能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者是从一个物体 到别的物体 在 或 的过程中其 保持不变2 条件性能量守恒定律是自然界的 某一种形式的能是否守恒是有条件的 例如 机械能守恒定律具有适用条件 而能量守恒定律是无条件的 是一切自然现象都遵守的基本规律 转化 转移 转化 转移 总量 普遍规律 知识点五热力学第二定律1 热力学第二定律的三种表述 1 克劳修斯表述 热量不能 从低温物体传到高温物体 2 开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而 或表述为 永动机是不可能制成的 3 用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会 2 热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的 增大的方向进行 自发地 不产生其他影响 第二类 减小 无序性 易错防范 1 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量 做功和热传递的实质是相同的 2 绝热过程中 外界压缩气体做功20j 气体的内能可能不变 3 在给自行车打气时 会发现打气筒的温度升高 这是因为打气筒从外界吸热 4 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功 知识点六固体和液体1 固体 1 固体分为晶体和非晶体两类 石英 云母 明矾 食盐 味精 蔗糖等是晶体 玻璃 蜂蜡 松香 沥青 橡胶等是非晶体 2 单晶体具有规则的几何形状 多晶体和非晶体没有规则的几何形状 晶体有确定的熔点 非晶体没有确定的熔点 3 有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同 有些晶体沿不同方向的光学性质不同 这类现象称为 非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的 这叫做 注意金属是多晶体 所以它是各向同性的 各向异性 各向同性 2 液体 1 液体分子间距离比气体分子间距离小得多 液体分子间的作用力比固体分子间的作用力要小 液体内部分子间的距离在10 10m左右 2 液体的表面张力液体表面层分子间距离较大 因此分子间的作用力表现为引力 液体表面存在 使液体表面绷紧 浸润与不浸润也是表面张力的表现 3 液晶液晶是一种特殊的物质 它既具有液体的 又具有晶体的 液晶在显示器方面具有广泛的应用 表面张力 流动性 各向导性 动态平衡 饱和 大 易错防范 1 单晶体的所有物理性质都是各向异性的 2 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 且是单晶体 3 只要是具有确定熔点的物体必定是晶体 反之 必是非晶体 4 液晶是液体和晶体的混合物 5 水蒸气达到饱和时 水蒸气的压强不再变化 这时 水不再蒸发和凝结 知识点七气体1 气体分子运动的特点 1 分子间的距离大约是分子直径的10倍 分子之间的作用力十分微弱 可以忽略不计 2 分子沿各方向运动的机会 3 分子的速率分布按 的统计规律分布 4 温度升高时 气体分子的平均速率 但不是每个分子的速率都 均等 中间多 两头少 增大 增大 2 描述气体的状态参量 1 温度t 或t 2 体积 v 气体分子所占的空间 也就是气体所充满容器的容积 3 压强 p 决定因素 微观上 决定于分子的 和 宏观上 决定于气体的 和 单位 pa 1atm 760mmhg 1 013 105pa 平均动能 分子数密度 温度 体积 帕斯卡 p1v1 p2v2 4 一定质量的气体不同图象的比较 温度 要点一分子动理论内能 突破指南 1 分子动能 分子势能和物体的内能 2 巧用图象理解分子力与分子势能 1 分子间同时存在引力和斥力 斥力随分子间距离变化比引力快 分子力随分子间距离变化的关系如图甲所示 当分子间距离的数量级大于10 9m时 分子间的作用力可忽略不计 2 分子势能与分子间距离的关系如图乙所示 当分子间距离r r0时 分子力为0 分子势能最小 3 改变内能的方式 典例1 多选 两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动 直至不再靠近 在此过程中 下列说法正确的是 a 分子力先增大 后一直减小b 分子力先做正功 后做负功c 分子动能先增大 后减小d 分子势能先增大 后减小e 分子势能和动能之和不变 解析本题考查分子力 分子力做功和分子势能 意在考查考生对分子力 分子力做功与分子势能关系的掌握情况 分子力应先增大 后减小 再增大 所以a选项错误 分子力先为引力 做正功 再为斥力 做负功 b选项正确 根据动能定理可知分子动能先增大后减小 分子势能先减小后增大 分子动能和分子势能之和保持不变 所以c e选项正确 d错误 答案bce 借题发挥 判断分子势能变化的两种方法 方法一 根据分子力做功判断 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 方法二 利用分子势能与分子间距离的关系图线判断 如图所示 典例2 2015 吉林普通高中摸底 空调在制冷过程中 室内空气中的水蒸气接触蒸发器 铜管 液化成水 经排水管排走 空气中水分越来越少 人会感觉干燥 某空调工作一段时间后 排出液化水的体积v 1 0 103cm3 已知水的密度 1 0 103kg m3 摩尔质量m 1 8 10 2kg mol 阿伏加德罗常数na 6 0 1023mol 1 试求 结果均保留一位有效数字 1 该液化水中含有水分子的总数n 2 一个水分子的直径d 答案 1 3 1025个 2 4 10 10m 要点三热力学定律的理解与应用 突破指南 1 对热力学第一定律的理解 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 即 u q w 2 几种特殊情况 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体内能的增加量 若过程中不做功 即w 0 则q u 物体吸收的热量等于物体内能的增加量 若过程的始 末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 2 对热力学第二定律的理解 1 在热力学第二定律的表述中 自发地 不产生其他影响 的涵义 自发地 指明了热传递等热力学宏观现象的方向性 不需要借助外界提供能量的帮助 不产生其他影响 的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成 对周围环境不产生热力学方面的影响 如吸热 放热 做功等 2 热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 3 热力学过程的方向性实例 4 两类永动机的比较 典例3 多选 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量b 对某物体做功 必定会使该物体的内能增加c 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功d 不可能使热量从低温物体传向高温物体e 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 解析由 u w q可知做功和热传递是改变内能的两种途径 它们具有等效性 故a正确 b错误 由热力学第二定律可知 可以从单一热源吸收热量 使之全部变为功 但会产生其他影响 故c正确 同样热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体 则d项错 一切与热现象有关的宏观过程不可逆 则e正确 ace 要点四气体压强的计算 突破指南 1 液体封闭的气体压强的确定 1 平衡法 选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析 利用它的受力平衡 求出气体的压强 2 取等压面法 根据同种液体在同一水平液面处压强相等 在连通器内灵活选取等压面 由两侧压强相等建立方程求出压强 液体内部深度为h处的总压强p p0 gh 式中p0为液面上方大气压强 在水银内用cmhg作单位时可表示为p h0 h 2 固体 活塞或汽缸 封闭的气体压强的确定由于该固体必定受到被封闭气体的压力 可通过对该固体进行受力分析 由平衡条件建立方程来找出气体压强与其他各力的关系 典例4 如图所示 一汽缸水平固定在静止的小车上 一质量为m 面积为s的活塞将一定量的气体封闭在汽缸内 平衡时活塞与汽缸底相距l 现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动 稳定时发现活塞相对于汽缸移动了距离d 已知大气压强为p0 不计汽缸和活塞间的摩擦 且小车运动时 大气对活塞的压强仍可视为p0 整个过程温度保持不变 求小车加速度的大小 借题发挥 求解气体压强的技巧求封闭气体压强时 若较简单的平衡类问题 可直接列压强平衡方程式 若较复杂的平衡类或非平衡类问题 一般选取活塞或水银柱进行受力分析 列牛顿第二定律的方程进行求解 要点五气体实验定律及状态方程的应用 突破指南 利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路 典例5 如图所示 由u型管和细管连接的玻璃泡a b和c浸泡在温度均为0 的水槽中 b的容积是a的3倍 阀门s将a和b两部分隔开 a内为真空 b和c内都充有气体 u型管内左边水银柱比右边的低60mm 打开阀门s 整个系统稳定后 u型管内左 右水银柱高度相等 假设u型管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积 1 求玻璃泡c中气体的压强 以mmhg为单位 2 将右侧水槽的水从0 加热到一定温度时 u型管内左 右水银柱高度差又为60mm 求加热后右侧水槽的水温 答案 1 180mmhg 2 364k 借题发挥 分析气体状态变化的问题要抓住三点 1 阶段性 即弄清一个物理过程分为哪几个阶段 2 联系性 即找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的 3 规律性 即明确哪个阶段应遵循什么实验定律 要点六气体实验定律与热力学第一定律的综合 突破指南 典例6 如图所示 粗细均匀 导热良好 装有适量水银的u形管竖直放置 右端与大气相通 左端封闭气柱长l1 20cm 可视为理想气体 两管中水银面等高 现将右端与一低压舱 未画出 接通 稳定后右管水银面高出左管水银面h 10cm 环境温度不变 大气压强p0 75cmhg 1 求稳定后低压舱内的压强 用 cmhg 作单位 2 此过程中左管内的气体对外界 选填 做正功 做负功 或 不做功 气体将 选填 吸热 或 放热 解题探究 1 封闭气体发生什么变化 可利用什么定律求解 2 粗细均匀的u形管一侧液面下降h时 两侧液面的高度差为多少 3 理想气体的内能与什么有关 提示 1 等温变化 利用玻意耳定律求解 2 高度差为2h 3 与温度有关 解析 1 设u形管横截面积为s 右端与大气相通时 左管中封闭气体的压强为p1 右端与一低压舱接通后 左管中封闭气体的压强为p2 气柱长度为l2 稳定后低压舱内的压强为p 高为h的水银柱产生的压强为ph 左管中封闭气体发生等温变化 根据玻意耳定律得p1v1 p2v2 p1 p0 p2 p ph v1 l1s v2 l2s 由几何关系得h 2 l2 l1 联立 式 代入数据得p 50cmhg 2 此过程中由于左管中的气体的体积变大 故左管内的气体对外界做正功 由于u形管导热良好 故此过程中 左管中的气体做等温变化 气体的内能变化为零 由热力学第一定律w q u可知w 0 u 0 故q 0 即气体将吸热 答案 1 50cmhg 2 做正功吸热 变质量气体问题的分析技巧分析变质量问题时 可通过巧妙地选择研究对象 使这类问题转化为一定质量的气体问题 用气体实验定律求解 1 打气问题 向球 轮胎中充气是一个典型的变质量的气体问题 只要选择球内原有气体和即将充入的气体作为研究对象